第六章反馈控制电路

1、第六章第六章 反馈控制电路反馈控制电路第第6 6章章 反馈控制电路反馈控制电路 6.1 6.1 概述概述 在现代通信系统和电子设备中，为了提高它们的技术性能在现代通信系统和电子设备中，为了提高它们的技术性能指标或实现某些特定的要求，广泛地采用各种反馈控制电路。指标或实现某些特定的要求，广泛地采用各种反馈控制电路。 负反馈放大器就是反馈控制电路的典型实例。放大器的输负反馈放大器就是反馈控制电路的典型实例。放大器的输出信号通过负反馈网络反馈到其输入端，与输入信号相减，这出信号通过负反馈网络反馈到其输入端，与输入信号相减，这时放大器的净时放大器的净输入信号为原输入信号与反馈信号之差输入信号为原输入信

2、号与反馈信号之差。显然当。显然当输出电压增大输出电压增大，则，则反馈电压也增大反馈电压也增大，反馈信号与输入信号相减，反馈信号与输入信号相减后，使后，使实际输入信号减小实际输入信号减小，从而，从而减小了放大器的输出电压减小了放大器的输出电压，使，使输出电压幅度保持不变，进而提高了电路的稳定性。输出电压幅度保持不变，进而提高了电路的稳定性。图图6.1-1 负反馈放大器负反馈放大器 可见，反馈控制电路的作用是利用反馈信号与原输入信可见，反馈控制电路的作用是利用反馈信号与原输入信号进行比较，进而输出一个比较信号对系统的某些参数进行号进行比较，进而输出一个比较信号对系统的某些参数进行修正，从而提高系统

3、的性能，利用负反馈改善放大器的性能。修正，从而提高系统的性能，利用负反馈改善放大器的性能。例如例如: :一个串联电压负反馈放大器可以使放大器电压增益稳一个串联电压负反馈放大器可以使放大器电压增益稳定，通频带展宽，非线性失真减小等。定，通频带展宽，非线性失真减小等。 一般来说，反馈控制系统通常由四部分组成，即一般来说，反馈控制系统通常由四部分组成，即比较器比较器，控制信号发生器控制信号发生器，可控器件可控器件和和反馈网络反馈网络。其组成框图如图。其组成框图如图6.1-26.1-2所示。所示。图图6.1-2反馈控制系统的组成反馈控制系统的组成 比较器的作用比较器的作用 是将输入信号与反馈信号进行比

4、较，是将输入信号与反馈信号进行比较，输出一个误差信号，然后送入控制信号发生器产生一个控输出一个误差信号，然后送入控制信号发生器产生一个控制信号制信号 ，由控制信号对受控件的某一特性进行控制，反，由控制信号对受控件的某一特性进行控制，反馈网络的作用是从受控信号中提取进行比较的分量并送比馈网络的作用是从受控信号中提取进行比较的分量并送比较器。较器。 整个反馈控制系统是一个闭环系统，通过不断地反馈、整个反馈控制系统是一个闭环系统，通过不断地反馈、比较、输出控制信号，从而对受控器件的特性进行修正，比较、输出控制信号，从而对受控器件的特性进行修正，使系统具有优良性能和达到稳定状态。使系统具有优良性能和达

5、到稳定状态。 如果比较的参量是相位，则称之为自动相位控制电路，如果比较的参量是相位，则称之为自动相位控制电路， (Automatie Phase Control(Automatie Phase Control，简称，简称APC)APC)又称为锁相环路，又称为锁相环路，它是应用最广泛的一种反馈控制电路。它是应用最广泛的一种反馈控制电路。 如果系统中需要比较的参量是电压或电流，则称之为如果系统中需要比较的参量是电压或电流，则称之为自动增益控制电路；自动增益控制电路；(Automatic Gain Control(Automatic Gain Control，简称，简称AGC)AGC) 如果比较的参

6、量为频率，则称之为自动频率控制电路；如果比较的参量为频率，则称之为自动频率控制电路； (Automatic Frequency Control(Automatic Frequency Control，简称，简称AFC)AFC) 6.2 6.2 自动增益控制电路自动增益控制电路 自动增益控制自动增益控制(AGC)电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值。因此也称电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值。因此也称自动电平控制自动电平控制(ALC)电路。电路。 6.2.1 AGC电路的工作

7、原理电路的工作原理 1. 电路组成框图电路组成框图 输入电压输入电压 Ui比较器比较器 控制信控制信号发生器号发生器 可控增可控增益放大器益放大器低通滤波低通滤波参考电压参考电压 Ur反馈电压反馈电压 Uf误差电压误差电压 ue控制电压控制电压 uc输出电压输出电压 UyApk1Ag电平检测电平检测直流放大直流放大k2k3 设输入信号振幅为设输入信号振幅为Ui，输出信号振幅为，输出信号振幅为Uy，可控增益放大器增益为，可控增益放大器增益为Ag(uc)，是控制信号，是控制信号uc的函数，则有的函数，则有 Uy = Ag(uc)Ui 一般情况下一般情况下A Ag g( (u uc c) )其值随其

8、值随U Uc c增大而下降。增大而下降。称为比较门限电压。称为比较门限电压。这种情况下这种情况下时时否则否则等于等于必须大于或必须大于或在许多场合，往往规定在许多场合，往往规定rerfrfrfpeUuUUUUUUAu, 0,),( 自动电压控制电路是有剩余误差的控制电路，因为整个调整过程是通过自动电压控制电路是有剩余误差的控制电路，因为整个调整过程是通过误差电压控制可控增益放大器的电压增益来实现的，所以环路达到动态误差电压控制可控增益放大器的电压增益来实现的，所以环路达到动态平衡状态（及锁定状态）时，误差不可能为零。平衡状态（及锁定状态）时，误差不可能为零。6.3 6.3 自动频率控制自动频率

9、控制(AFC)(AFC)电路电路 AFC电路也是一种反馈控制电路。它与电路也是一种反馈控制电路。它与AGC电路的区别在于控制对电路的区别在于控制对象不同，象不同，AGC电路的控制对象是信号的电平，而电路的控制对象是信号的电平，而AFC电路的控制对象则电路的控制对象则是信号的频率。其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。是信号的频率。其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。 6.3.1 AFC电路的组成和基本特性电路的组成和基本特性 1. AFC电路的组成电路的组成 (1) 频率比较器频率比较器 频率比较器频率比较器滤波器滤波器可控频率电路可控频率电路kpkcH(s)r y yueucUc(s)Ue

10、(s)r(s)y(s) 频率比较器的输出误差电压频率比较器的输出误差电压ue与这两个输入信号的频率差有关，而与这与这两个输入信号的频率差有关，而与这两个信号的幅度无关，两个信号的幅度无关，ue为为ue= kp (r- -y)式中，式中，kp在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。 常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器，二是混频常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器，二是混频- -鉴频器。鉴频器。 2 2、 工作原理工作原理 图图6.3-16.3-1是调幅超外差式接收机自动频率微调系统方框是调幅超外差式接收机自动频率微调系统方框图。它的对

11、象是振荡频率受误差电压控制的压控振荡器图。它的对象是振荡频率受误差电压控制的压控振荡器( (简简称称VCO)VCO)。反馈控制器是由检测出频率误差的混频器、中频。反馈控制器是由检测出频率误差的混频器、中频放大器以及将频率误差变换为相应电压的鉴频器组成的。放大器以及将频率误差变换为相应电压的鉴频器组成的。 6.3-1 自动频率微调系统方框图自动频率微调系统方框图 自动频率控制过程是利用误差信号的反馈作用来控制被自动频率控制过程是利用误差信号的反馈作用来控制被稳定的振荡器频率，使之稳定。误差信号是由鉴频器产生的，稳定的振荡器频率，使之稳定。误差信号是由鉴频器产生的，它与两个比较频率源之间的频率差成

12、比例。因而达到最后稳它与两个比较频率源之间的频率差成比例。因而达到最后稳定状态时，两个频率不能完全相等，必须有剩余频差。定状态时，两个频率不能完全相等，必须有剩余频差。 AFC AFC电路应用较广，下面就以接收机中的自动频率微调电路应用较广，下面就以接收机中的自动频率微调电路为例，简要介绍其工作原理。图电路为例，简要介绍其工作原理。图6.3-26.3-2为带为带AFCAFC电路的调电路的调频接收机方框图。频接收机方框图。图图6.3-2调频接收机的调频接收机的AFC系统方框图系统方框图 接收机是以额定中频为鉴频器的中心频率，亦作为接收机是以额定中频为鉴频器的中心频率，亦作为AFCAFC系统的标准

13、频率。系统的标准频率。 其中，高放为可调放大器，本振与之统调。因为调频接其中，高放为可调放大器，本振与之统调。因为调频接收机本身有鉴频器，该收机本身有鉴频器，该AFCAFC系统无需再另加鉴频器。但是，系统无需再另加鉴频器。但是，必须考虑到接收机的鉴频器输出不仅含有必须考虑到接收机的鉴频器输出不仅含有AFCAFC的反馈控制电的反馈控制电压，还有调频解调信号的电压，它也会控制本振频率的改变。压，还有调频解调信号的电压，它也会控制本振频率的改变。为了消除这一影响，在鉴频器后必须加入低通滤波器。本振为了消除这一影响，在鉴频器后必须加入低通滤波器。本振频率漂移和接收调频信号的中心频率漂移均为缓慢变化，由

14、频率漂移和接收调频信号的中心频率漂移均为缓慢变化，由此引起的电压变化可以通过低通滤波器转变为电压的变化。此引起的电压变化可以通过低通滤波器转变为电压的变化。图图6.3-2调频接收机的调频接收机的AFC系统方框图系统方框图 当混频器输出的差频不等于额定中频时，鉴频器即当混频器输出的差频不等于额定中频时，鉴频器即有误差电压输出，通过低通滤波器只允许直流电压输出，有误差电压输出，通过低通滤波器只允许直流电压输出，用来控制本振用来控制本振( (压控振荡器压控振荡器) )，使本振改变，直到差频减，使本振改变，直到差频减小至等于剩余频差为止。这固定的剩余频差叫做剩余失小至等于剩余频差为止。这固定的剩余频差

15、叫做剩余失谐。显然，剩余失谐越小越好。例如图谐。显然，剩余失谐越小越好。例如图6.3-26.3-2的本振频的本振频率为率为46.556.5MHz46.556.5MHz，信号频率为，信号频率为4550MHz4550MHz，额定中频为，额定中频为1.5MHz1.5MHz，剩余误差不超过，剩余误差不超过9kHz9kHz。图图6.3-3 鉴频特性曲线鉴频特性曲线表示输出电压与频率偏离中表示输出电压与频率偏离中心频率的数量之间的关系曲心频率的数量之间的关系曲线，叫做鉴频特性曲线线，叫做鉴频特性曲线 。 表示压控振荡器频率与控制电表示压控振荡器频率与控制电压的关系的曲线，叫做调制特压的关系的曲线，叫做调制

16、特性曲线。性曲线。 图图6.3-4 压控振荡器的调制特性曲线压控振荡器的调制特性曲线6.3.2 6.3.2 自动频率微调自动频率微调(AFC)(AFC)电路电路 在外差式接收机中，利用本机振荡信号与接收到的简频在外差式接收机中，利用本机振荡信号与接收到的简频已调波信号进行混频，将简频已调波信号变换为中频信号。已调波信号进行混频，将简频已调波信号变换为中频信号。再经中频放大器放大。实际工作中，由于高频载波频率的再经中频放大器放大。实际工作中，由于高频载波频率的漂移，或本机振荡频率的不稳定。都会使混频后的中频，漂移，或本机振荡频率的不稳定。都会使混频后的中频，偏离规定值偏离规定值(如电视接收机为如

17、电视接收机为38MHz)。这导致中频放大器。这导致中频放大器工作在失谐状态引起增益下降、信号失真等现象。如果工作在失谐状态引起增益下降、信号失真等现象。如果采用自动频率微调采用自动频率微调(简称简称AFC)电路来锁定中频频率，就能克电路来锁定中频频率，就能克服上述缺点。服上述缺点。 图图6.3-5是采用是采用AFC电路的调幅接收机组成方框图。与普通电路的调幅接收机组成方框图。与普通调幅接收机相比，增加了限幅调幅接收机相比，增加了限幅(即切去调幅包络即切去调幅包络)鉴频器、窄鉴频器、窄带低通滤波器和放大器，同时将本机振荡器改为压控振荡器，带低通滤波器和放大器，同时将本机振荡器改为压控振荡器，从面

18、形成了一个附加的频率反馈环路。从面形成了一个附加的频率反馈环路。 由图由图6.3-5可知，无论何种原因当偏离规定值时，鉴频器输可知，无论何种原因当偏离规定值时，鉴频器输出的误差电压，经低通滤波和放大后去控制出的误差电压，经低通滤波和放大后去控制VCO的频率，使的频率，使达到或接近规定值。达到或接近规定值。图图6.3-5 采用采用AFC的调幅接收机组成方框图的调幅接收机组成方框图 调频负反馈解调电路的组成方框图如图调频负反馈解调电路的组成方框图如图6.3.56.3.5所示，与所示，与普通调频接收机的解调电路相比较，区别在于它把输出的解普通调频接收机的解调电路相比较，区别在于它把输出的解调电压又反

19、馈作为本机振荡器的调电压又反馈作为本机振荡器的VCOVCO的控制电压，使其振荡的控制电压，使其振荡频率按调制信号规律变化。这时对混频器而言，相当于加了频率按调制信号规律变化。这时对混频器而言，相当于加了两个载波频率不同而调制信号相同的调频波。两个载波频率不同而调制信号相同的调频波。 6.3.36.3.3调频负反馈解调电路调频负反馈解调电路图图6.3.5调频负反馈解调电路的组成方框图调频负反馈解调电路的组成方框图 调频负反馈解调电路的突出优点调频负反馈解调电路的突出优点是解调门限位低是解调门限位低，这是因，这是因为负反馈使中频信号的最大频偏减小，相当于压缩了信号的有为负反馈使中频信号的最大频偏减

20、小，相当于压缩了信号的有效带宽，因此可以用通频带较窄的中频放大器来放大，于是进效带宽，因此可以用通频带较窄的中频放大器来放大，于是进入中放并送至鉴频器输入端的噪声功率将随之减小，使得信噪入中放并送至鉴频器输入端的噪声功率将随之减小，使得信噪比提高。如果维持频带压缩前的鉴频器输入端的信噪比不变，比提高。如果维持频带压缩前的鉴频器输入端的信噪比不变，则混频器输入端所需的信噪比就可减小，即解调门限降低。因则混频器输入端所需的信噪比就可减小，即解调门限降低。因此，调频负反馈解调电路可以提高解调信号的质量。此，调频负反馈解调电路可以提高解调信号的质量。减小到减小到最大频偏由最大频偏由和最大角频偏和最大角

21、频偏角频率角频率为输出中频信号的载波为输出中频信号的载波和和的瞬时角频率：的瞬时角频率：混频后输出的中频信号混频后输出的中频信号角频率：角频率：产生的调频振荡的瞬时产生的调频振荡的瞬时：输入调频波瞬时角频率输入调频波瞬时角频率mImcmIMLmcLcMLmcLcemLLmccttVCOt ,)()(cos)()(cos,cosIoi6.4 锁相环路锁相环路(PLL) 锁相环路（锁相环路（Phase locked loop缩写缩写PLL）是一种相位自动）是一种相位自动控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪，仅存在某一

22、固定的相位差。的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。 PLL电路广泛应用于电路广泛应用于 通信通信电视电视遥测遥感遥测遥感频率合成频率合成精密测量精密测量6.4.1 锁相环的基本原理锁相环的基本原理 一、锁相环的组成部件一、锁相环的组成部件 PLL是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位实施跟踪实施跟踪。 )()()(VCOLFPD压压控控振振荡荡器器环环路路滤滤波波器器鉴鉴相相器器三个基本部分构成一个负反馈环。三个基本部分构成一个负反馈环。 PD PD LF LFVCOvi(t)vd(t)vc(t)vo(t)i(t)o(t)e(t)vo(t)

23、 PD PD LF LFVCO1、鉴相器（、鉴相器（PD）即即 )()()()(0ttftftvied PD PDvi(t)/ i(t)vo(t) /o(t)vd(t) /e(t)鉴相器是一个相位比较器，鉴相器是一个相位比较器， 输出信号输出信号 是两个输入信号是两个输入信号 )(tvd与与的相位差的相位差 e 的函数，的函数， vi(t)vo(t)正弦特性，三角波特性，锯齿波特正弦特性，三角波特性，锯齿波特性等性等，其中最基本的是，其中最基本的是正弦波特性正弦波特性，它可用一个模拟乘法器与低通滤波它可用一个模拟乘法器与低通滤波器串接而成。器串接而成。e(t)vd(t)鉴相特性的形式有许多种，

24、鉴相特性的形式有许多种，如如:乘法器乘法器低 通 滤低 通 滤波波PDvi(t)vo(t)vd(t)如果设环路输入信号：如果设环路输入信号： )t (tsinV)t (viiimi PLL环输出的反馈信号：环输出的反馈信号： )t (tcosV2)t (tsinV)t (v00m000m00 经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为：经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为： )t(t)t(tsinVKV21)t(v00iim0imd esinkd 其中其中 )t ()t ()t (t)t (t2100iie )t (tt)t (i0i1 )t(ti0 )t()t(02 )(0i0

25、 为输入信号的瞬时相位差。为输入信号的瞬时相位差。 )t(e 由上式可得鉴相器的数学模型，由上式可得鉴相器的数学模型，如下图所示，如下图所示， 1(t)-2(t) sinkd) t (sinkvedd 另外，可以看出：另外，可以看出：当当 时，时， 6e)t (k)t (sinkvededd 2、环路滤波器、环路滤波器LF 环路滤波器具有低通特性，其环路滤波器具有低通特性，其主要作用是滤除鉴相器输出主要作用是滤除鉴相器输出端的高频分量和噪声端的高频分量和噪声， 经经LF后得到一个平均电压后得到一个平均电压 用来用来控制控制VCO的频率变化，常见的滤波器有以下几种形式。的频率变化，常见的滤波器有

26、以下几种形式。) t (vd)t (vcRCvd（t）vc（t）RC积分滤积分滤波器波器vd（t）vc（t）无源比例积无源比例积分滤波器分滤波器vd（t）vc（t）有源比例积有源比例积分滤波器分滤波器 RC积分滤波器积分滤波器传输函数：传输函数： 1s1Rc1sRc1sc1Rsc1)s(V)s(V)s(Fdc R1CR2R1R2C-+无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器 12212212s1s1RRsc1csR1sc1RRsc1R)s(F R1CR2vd（t）vc（t）无源比例积分无源比例积分滤波器滤波器其中：其中： cR,c )RR(221211 , 通常通常R1R2有源比例积分滤波器有源比

27、例积分滤波器1212121fss1csRcsR1Rsc1RZZ)s(F )s(V)s(F)s(Vdc 有有 如果将如果将F（s）中的中的s用微分算子用微分算子p替代，可写出滤波器的输出替代，可写出滤波器的输出电压电压 与输入信号与输入信号 之间的微分方程：之间的微分方程： ) t (vc) t (vd)t (v )p(F)t (vdc 其中其中 dtdp 为微分算子，为微分算子， 由上式可得环路滤波器的电由上式可得环路滤波器的电路模型如右图所示。路模型如右图所示。F(p) t (vd)t (v )p(F)t (vdc vd（t）vc（t）有源比例积有源比例积分滤波器分滤波器R1R2C-+3、压

28、控振荡器（、压控振荡器（VCO） 压控振荡器：压控振荡器：是瞬时频率是瞬时频率 控制的振荡器控制的振荡器。其控制特性可用压控特性曲线来描述，如右图所示。其控制特性可用压控特性曲线来描述，如右图所示。 )t(v)t(cc受受电电压压 ovc(t)c00( )ccK vt 其中：其中： 0vVCOc0 在在：为为 时的固有振荡频率：时的固有振荡频率： SradK0：压控灵敏度：压控灵敏度 VSrad 由于由于VCO的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用来看，来看，VCO对鉴相器起作用的不是其频率而是相位对鉴相器起作用的不是其频率而是相位，故对上，故对上式积

29、分即可求出相位：式积分即可求出相位： t020t0c00c)t (tdt)t (vKtdt)t ( t0c0c02)t(vpKdt)t(vK)t( 上式中：上式中： dtp1t0 为积分算子为积分算子 压控振荡器数学模型如右图所示。压控振荡器数学模型如右图所示。 KO/p)t (vc)t(2 F(p)1(t) e(t) sinkd KO/p2(t)t (sinkvedd ) t (v )p(F) t (vdc p) t (vK) t (co2 二、锁相环路相位模型和基本方程二、锁相环路相位模型和基本方程1、相位模型、相位模型 将上述锁相环的三个基本部件的模型按环路组成框图联接起将上述锁相环的三

30、个基本部件的模型按环路组成框图联接起来，即可构成锁相环路相位模型，如下图所示：来，即可构成锁相环路相位模型，如下图所示： 2、基本方程、基本方程 根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本微分方程：微分方程： ) t () t (21e )t (sin)p(Fkkp1)t (p)t (vk)t (edo1c01 环路的微分方程为：环路的微分方程为：)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(p1ed0eed01e 或或3、环路工作的定性分析、环路工作的定性分析 设输入信号为固定频率的正弦信号（即设输入信号为

31、固定频率的正弦信号（即 均为常量）均为常量）ii, 由于由于 i0i0i1tt )()t ( 有：有： 011)t(dtd)t(p 固有角频差固有角频差 代入环路的微分方程可得：代入环路的微分方程可得：0ed0e)t (sin)p(Fkkdt)t (d 上式左边第一项上式左边第一项 dt) t (de )t(e 环路的环路的瞬时角频差瞬时角频差。 左边第二项：左边第二项： )t (sin)p(Fkked0 )t(p2 00( )ccck v t 是是VCO受控制电压受控制电压vc(t)的作用后输出的瞬时角频率的作用后输出的瞬时角频率 c 与固有振荡频率与固有振荡频率 o 之差，称为之差，称为控

32、制角频差控制角频差。 由以上分析可得：由以上分析可得： 0ce)t ( 结论：闭合环路中任何时刻满足：结论：闭合环路中任何时刻满足： 瞬时频差瞬时频差+控制频差控制频差=固有频差固有频差。 )t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(p1ed0eed01e 或或 )t ()t ()t (t)t (t2100iie )t (tt)t (i0i1 )t(ti0 )t()t(02 ) t () t (21e )t (sin)p(Fkkp1)t (p)t (vk)t (edo1c01 00( )ccK vt 三、锁相环路的工作原理三、锁相环路的工作原理 设压控振荡器的

33、固有振荡频率为设压控振荡器的固有振荡频率为 ,而当环路闭合瞬间，外而当环路闭合瞬间，外输入信号角频率输入信号角频率 与与 即不相同也不相干，则鉴相器输出的差即不相同也不相干，则鉴相器输出的差拍电压为：拍电压为：0 0 i )()()sin()(00tttktuiidd 00sindikt 失锁状态失锁状态 如果环路固有角频差如果环路固有角频差 环路低通滤波器的通频带环路低通滤波器的通频带 0 LFBW则差拍电压则差拍电压 将被滤除，而不能形成控制电压将被滤除，而不能形成控制电压 )t(vd)t (vc压控振荡器输出角频率压控振荡器输出角频率 不变化即不变化即0 ,0c 则则 0e)t( 即：即

34、：环路的瞬时频差环路的瞬时频差= 固有频差固有频差环路此时处于失锁状态。环路此时处于失锁状态。0ce)t ( 为为常常量量，和和设设oi 锁定状态锁定状态 由于由于 i 很接近很接近 0 ，所以，所以 c 很可能摆动到很可能摆动到 i 上，当上，当 0ci 时：相位差时：相位差 eiicoiott 常常量量如果如果 十分接近十分接近 ，即固有频差，即固有频差 ，则差拍电压，则差拍电压 不会被环路滤波器滤除而形成控制电压不会被环路滤波器滤除而形成控制电压 ，去控制压，去控制压控振荡器，控振荡器，VCO产生中心频率为产生中心频率为 的调频信号的调频信号0 )(tuc)(tudLFOBW i 0 V

35、CO的瞬时振荡频率的瞬时振荡频率 将以将以 为中心在一定范围内来回摆为中心在一定范围内来回摆动，即环路产生了控制频差动，即环路产生了控制频差 0 c c 此时鉴相器输出电压是一个较小的直流电压，环路进入锁此时鉴相器输出电压是一个较小的直流电压，环路进入锁定状态。定状态。牵引捕捉状态牵引捕捉状态 当当 介于上述两者之间时，如果介于上述两者之间时，如果VCO的瞬时的瞬时频率频率 围绕围绕 为中心摆动的范围小，至使为中心摆动的范围小，至使 不可能不可能摆动到摆动到 处时，环路不能立即入锁。此时处时，环路不能立即入锁。此时VCO输出的调输出的调频波，其调制频率就是差拍频率，与输入信号频波，其调制频率就

36、是差拍频率，与输入信号 经鉴相器经鉴相器PD鉴相，输出一个正弦波与调频波的差拍电压：鉴相，输出一个正弦波与调频波的差拍电压：Oi0 c 0 c i iv( )sinddiciovtktt 如果令如果令: 0i 00( )sinddiv tkt 其中其中 0()0ictt 显然显然 )(tvd不再是一个正弦电压，而是一个上下不对称的不再是一个正弦电压，而是一个上下不对称的差拍电压；经环路滤波后有直流电压差拍电压；经环路滤波后有直流电压 )(tvc加到加到VCO的的 控制端，从而使控制端，从而使 )(00tvkcc 的偏移增大，使的偏移增大，使 c 更接更接 i ,上述过程持续直到上述过程持续直到

37、 ic ，环路进入锁定状态。，环路进入锁定状态。 ud(t) Ud0 Udtr(t)r00TfTt 频率捕获锁定示意图频率捕获锁定示意图 00( )sinddiv tkt 其中其中 0t )(toi0 跟踪状态跟踪状态当环路已处于锁定状态后，如果当环路已处于锁定状态后，如果 )(tvi的频率和相位的频率和相位有稍变化时，有稍变化时， 例如：例如： ci 则则 ccdevv 000直到直到 ic ，状态锁定为止。，状态锁定为止。 evd同理如果同理如果 ci 则则 ccdevv 000直到直到 ic ，状态锁定为止。，状态锁定为止。 cvc四、锁相环性能分析四、锁相环性能分析 锁相环性能主要指标有：锁相环性能主要指标有： 同步带宽同步带宽 捕捉带宽捕捉带宽 稳态相差稳态相差H p )( e 1.同步带宽同步带宽 H 设环路已处于锁定状态，当缓慢改变输入信号频率使固有频设环路已处于锁定状态，当缓慢改变输入信号频率使固有频差值向正或负方向逐步增大时，差值向正或负方向逐步增大时，由于环路的自身调节作用，由于环路的自身调节作用，能够维持环路锁定的最大频差能够维持环路锁定的最大频差 称为环路同步带称为环路同步带，记作，记作。由于环路鉴频特性对零点是对称的，因此同步带相对于。由于环路鉴